JSN ImageShow - Joomla 1.5 extension (component, module) by JoomlaShine.com
Bioetanol Nyomtatás E-mail

A bioetanolt már a 20. század első felében is ismerték és alkalmazták üzemanyagként, de széles körű elterjedése csak a jelenlegi szempontok (energiafüggés és környezetvédelem) miatt vált szükségessé. A bioalkohol motor hajtóanyagként való felhasználása történhet tiszta állapotban vagy benzinnel, esetleg dízellel keverve (ez utóbbi egyelőre csak kísérleti stádiumban van). A benzinnel történő keverés egyik módja a tiszta etanol különböző térfogat-arányú bekeverése. A bioetanol mindenféle szénhidrátból előállítható, napjainkban ipari jelentősége a keményítő és cukortartalmú növényi termékeknek van. Megjegyzendő azonban, hogy a kutatások a fás növényi részek (lignocellulózok) hasznosításának irányában folynak.

Az alkohol előállítás technológiája egy relatív egyszerű folyamaton alapszik. Ha egy közönséges élesztőgombát levegőtől elzárt környezetbe helyezünk és ellátjuk cukorral (leginkább glükózzal), akkor az élesztőgomba a cukorból alkoholt fog erjeszteni. Tehát könnyen előállíthatunk alkoholt, ha kellő mennyiségű cukor áll rendelkezésre. A növények nagy százaléka cukorból épül fel, amit azonban általában polimer formájában tartalmaznak. A két leggyakoribb cukor polimer a keményítő és a cellulóz. Ahhoz, hogy a polimerekből az erjesztéshez szükséges monomer cukrot tudjunk előállítani, le kell őket bontani. A lebontási folyamat neve a hidrolízis. A folyamatot enzimek végzik, amelyek beszerzése megdrágíthatja a folyamatot, főleg a cellulóz alapú technológia esetében. Vannak olyan növények is, mint például a cukorrépa, a cukornád valamint a cukorcirok, amelyek mono- illetve diszacharid formában tartalmaznak cukrot. Ha ezeket használjuk fel bioetanol termelésre, akkor nincs szükség hidrolízisre. A gyártási technológiát tehát kiindulási pontjaik alapján háromféleképpen csoportosíthatjuk: cukron, keményítőn és cellulózon alapuló technológiákra.

 


 

Gyártási folyamat

A bioetanol gyártásának alapanyaga általában vagy magas cukortartalmú növény (pl. cukorrépa, cukornád) vagy olyan anyagot tartalmazó növény, melyet kémiai-biológiai reakciók sorozatával cukorrá lehet alakítani (pl. keményítőtartalmú növények: kukorica, búza, burgonya stb., vagy cellulóz tartalmú növények: fa, fűfélék, gabonaszárak, szalma).

Többféle gyártási folyamat ismert, de ezek általában az alábbi fő folyamatrészekből állnak:
•    alapanyag előkészítés
•    hidrolízis / cukrosítás
•    erjesztés (fermentálás)
•    desztilláció
•    töményítés
•    maradványanyag kezelése

Az alapanyag előkészítés során a cél általában az alapanyag szemcséinek makroszkópikus méretcsökkentése darálással, majd a rostok, sejtfalak szétroncsolása (pl. nagy nyomású főzéssel, gőzöléssel), hogy a későbbi kémiai és biológiai reakciók a lehető legnagyobb felületen mehessenek végbe. A hidrolízis során savas hidrolízissel, vagy enzimes hidrolízissel (pl. alfa-amiláz, béta-amiláz, glüko-amiláz segítségével) történik meg a hosszú szénhidrát-láncok feldarabolása és glükózzá alakítása. Az erjesztés során élesztő bekeverésével, hűtött körülmények között történik meg az alkohol előállítása, az eredmény a nyersanyagtól és annak előkészítésétől függő, de alacsony alkoholtartalmú (10-18%), nagy víztartalmú és szilárd maradványanyagot is tartalmazó cefre. A cefréből az alkohol kivonása több fokozatú desztillációval történik, a desztilláció végterméke általában 95-96%-os alkohol, melyből általában molekulaszűrő segítségével érik el a 99,9%-os tisztaságot. A tiszta alkoholt a végfelhasználásnak megfelelően denaturálják vagy benzinbe keverik.
A maradványanyag (DGS – Distillery Grain with Solubles, vagy DDGS – Dried Distillery Grain with Solubles) a desztilláció utáni cefremaradvány szárazanyag tartalma. A szárazanyagot a vízből centrifugálással vonják ki, és/vagy bepárlással. Az így nyert, magas nedvességtartalmú (60-70%m/m nedvesség) DGS takarmányozásra használható ugyan, de nem tartható el néhány napnál hosszabb időn át. A hosszú idejű tárolás érdekében a DGS-t legalább 16%-os nedvességtartalom alá ki kell szárítani, így kapjuk a DDGS-t, ami alacsony nedvességtartalmú, magas fehérje és rosttartalmú, takarmányként jól hasznosítható anyag.

KEMÉNYÍTŐ ALAPÚ BIOETANOL GYÁRTÁS
A leggyakoribb keményítő tartalmú növények hazánkban többek között a búza, a kukorica és a burgonya. A keményítő tartalmú nyersanyagokat kétféle módon dolgozható fel:
1.    A gabonaszem nedves őrlése után frakcionálják a nyersanyagot, és a különválasztott keményítőt enzimes (α-amiláz, amiloglükozidáz és pullulanáz) hidrolízissel glükózzá bontják. Ezt követően élesztővel etil-alkohollá erjesztik. Ekkor lehetőség van a magban lévő többi komponens külön-külön kinyerésére és értékesítésére (csíraolaj, fehérje és rost).
2.    A gabonaszemek szárazőrlése után kapott őrleményt, mindennemű szeparálás nélkül enzimes kezelésnek vetik alá és az így nyert hidrolizátumot erjesztik alkohollá.
A hidrolízis és fermentáció az ún. szimultán szacharifikáció és fermentáció (továbbiakban SSF) elnevezésű művelet keretében egyszerre elvégezhető, és így energia takarítható meg. Az SSF-hez tehát szükség van két vagy több enzimre és egy mikrobára. A mikroba, legtöbbször élesztő (Saccharomyces cerevisiae), ami az erjesztést végzi.
A csicsóka szintén polimer (inulin) formájában tartalmazza a szénhidrátot, feldolgozása aprítással, majd hidrolízisel történik.

CUKORNÖVÉNYEN ALAPULÓ BIOETANOL GYÁRTÁS
Ebben az esetben nincs szükség hidrolízisre, csak ki kell nyerni a növényből a cukrot. Mérsékelt égövben általában a cukorrépa és a cukorcirok alkalmas erre a technológiára, míg a trópusi éghajlaton a cukornád. A cukorrépa nagyon jól használható cukorgyártásra, azonban a betakarításnál nehézséget okoz az, hogy a földből kell begyűjteni, továbbá a betakarítás után legkésőbb pár hónappal fel kell használni, így a cukorgyár csak kampányokban képes dolgozni, ami tovább rontja a gazdaságosságot. A cukorcirok szintén szezonális növény, előnye azonban, hogy kevésbé igényes a termőterület minőségét illetően. A cukornád eredetű alkohol-előállítás a leggazdaságosabb, azonban termelése Magyarországon az éghajlati viszonyok miatt nem megoldható.
A bioetanol fő nyersanyagforrásai egyelőre tehát a keményítő tartalmú mezőgazdasági termények és a cukornövények. Ezeknek össztermése, cukor- ill. keményítőtartalma mellett alkohol-kihozatala is meghatározza a bioetanol gyártására való alkalmasságukat.
Különböző növények termésviszonyai és alkoholpotenciálja
 


A bioetanol felhasználási és újratermelődési körfolyamata
 

 



LEPÁRLÁSI FOLYAMATOK
Az erjesztés utáni lépés az etilalkohol előállítása, a lepárlás, amely két műveletből áll: az elgőzöltetésből és a cseppfolyósításból. Üzemanyagcélú etil-alkohol gyártás esetén a lepárlás és cseppfolyósítás után elengedhetetlen technológiai lépés a szesz víztelenítése, amely történhet szárító ágenssel telített szesz-víz elegy lepárlásával, azeotróp desztillációval, illetve pervaporációs, membránszűréses eljárással. Eszerint beszélhetünk E5-ről, E10-ről, E22-ről, E85-ről, és E100-ról - ahol E az etanolt jelenti, az ezt követő szám pedig az alkohol keverési arányát (például E5 = 5 % etanol + 95 % benzin).
A kevert üzemanyagok másik fajtája, ha ETBE-t (etil-tercier-butil-éter) adunk a benzinhez.
Az ETBE-t úgy nyerik, hogy a kőolaj-finomítás során keletkező izobutilént reagáltatják az etanollal. Üzemanyag-adalékként a benzin oktánszámának (a benzinüzemű motorokban használt tüzelőanyagok kompresszió tűrésének jellemzője) és oxigéntartalmának javítására használható fel, általa könnyebbé válik és tökéletesebb lesz az égés. Az ETBE tulajdonképpen a nem biológiai eredetű metanolból előállított MTBE (metil-tercier-butil-éter) kiváltására alkalmas, mivel üzemanyag-tulajdonságaik megegyeznek.

 


 

Gazdasági előnyök
•    megújuló energiaforrás, rendszeres és biztostermelés,
•    általában olcsóbb, mint a fosszilis üzemanyagok,
•    rövid távon is profitot termel,
•    magas termésátlag,
•    hagyományok,
•    a mezőgazdaság prioritása,
•    a termelés és hasznosítás területileg integrálható,
•    a kapcsolódó iparágakra (vegyipar, mezőgazdasági gépgyártás, stb.) gyakorolt pozitív hatás,
•    vidékfejlesztés

Hátrányok
•    termelése korlátozott - vetésforgó
•    motorok átalakítása szükséges,
•    konkurrencia más energiaforrásokkal
•    hiányzik a megfelelő kormányzati támogatottság,
•    ismertsége viszonylag alacsony,
•    NOx-, esetenként a CO-kibocsátás magas

A bioetanol előnyei:
•    A bioetanol alkalmazásakor keletkező kipufogógázok vizsgálatát Franciaországban folytatták le. A vizsgálatokba katalizátoros és katalizátor nélküli autókat is bevontak. A vizsgálatok szerint csökkent a szénhidrogének, a szénmonoxid kibocsátása, illetve nem keletkezik számos szennyező anyag, amely a benzin elégetésekor igen (pl. benzol).
•    Tág skálán van az alapanyag lehetősége: cukortartalmú növények, s azok feldolgozásának melléktermékei, keményítő tartalmú gabonák, lignocellulóz.
•    A mezőgazdasági túltermelés feleslege itt hasznosítható.

A bioetenol hátrányai:
•    Energiamérlegük sokak szerint negatív, több energiát használnak fel az előállításához, mint amennyi a bioetanol energiatartalma. Pl. a kukoricatermesztés során 30 százalékkal több energiát használnak fel, mint amennyit a késztermékből ki lehet nyerni, nem beszélve a trágyázás okozta vízszennyezésről és talajerózióról;
•    Az etanol használatával mindössze 13 százalékkal lehetne csökkenteni a széndioxid- kibocsátása a gyártási procedúra miatt, (erjedés széndioxid kibocsátása) de itt sem számoltak az alapanyag megtermelése közben keletkező szén-dioxid-kibocsátással;
•    Magas beruházási, üzemeltetési költségek;
•    Etanollal a benzin hatékonyságának 70 százalékát lehet elérni a motorban;
•    Melléktermékek hasznosításának megoldatlansága;
•    Magas virtuális víztartalom.

Forrás:
• www.agrener.hu
• www.mefo.hu
• www.omgk.hu
• www.zmvh.hu

 
Free Joomla Templates